Global. Gerecht. Gemeinsam.
Block II: Ökonomie
Ressourceneffizienz - Nachhaltige Produktion - Elektromobilität
• Entscheidungsträger aus Wirtschaft und
Wissenschaft mit ökonomischer Ausrichtung
• Experten im Gebiet Nachhaltigkeit
• H...
212 Der Vortrag vergangene Woche – VDMA
• Ressourceneffizienz und
Nachhaltigkeit: das Beispiel
Blue Competence
• Als Mitgl...
213 Heute: Universität Stuttgart – Prof. Dr. Bauernhansl
• Nachhaltige Produktion:
Status und
Herausforderungen
213 Nächsten Montag: DAIMLER AG – Prof. Dr. Kohler
• Nachhaltigkeit und
Elektromobilität
• Der Vortrag VDMA
• Beispiel aus letzter Woche: automatisierte
CNC-Produktion bei Fertigung individualisierter
Großserien...
214 Konstruktion durch Parametrisierung
301 Härte HRC 63,50
403 Rundsch.GWT Meßeb 20,110
502 DM Flanke Meßeben 18,429
503 ...
214 Redundanzfreie Datenübertragung
214 Anstieg der Anforderung an Fachkräfte
©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart
Webinar „Nachhaltigkeit in der Wirtschaft“
22. Juli 2013
Nachhaltige Produktion
Pro...
©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart
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Wir haben kein nachfrageseitiges Wachstumsproblem
aber 2025 wird die Hälfte des g...
©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart
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Wir haben ein angebotsseitiges Wachstumsproblem
Ressourcenvernutzung begrenzt Wac...
©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart
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Nachhaltigkeit
Geschichte des Begriffs und Begründer des Ansatzes
 1713, mitten ...
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Definition und Säulen der Nachhaltigkeit
Definition der Nachhaltigen Entwicklung ...
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Akteure und Treiber einer nachhaltigen Entwicklung
pro-aktiver Einsatz der Politi...
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Akteure und Treiber einer nachhaltigen Entwicklung
NGOs als Treiber einer nachhal...
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Nachhaltigkeit in den Phasen des Produktlebenszyklus
 Nachhaltiges Produktdesign...
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Wir brauchen einen Paradigmenwechsel in der
Produktion Wie sieht der Weg zur Gree...
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Optimierung finanziert Erneuerung
Effizienz und Effektivität statt Verzicht
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Paradigmenwechsel durch Wandel aller Produktionsfaktoren
Nachhaltigkeit als Trei...
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Die Ultraeffizienzfabrik
Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz
Material Mate...
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Die Ultraeffizienzfabrik
Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz
Energie
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Die Energiewende in Deutschland
Kann Ressourcenverbrauch und Wachstum entkoppelt...
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Die Energiewende in der Fabrik
Systemische Konzepte sind die Lösung
Energiegewin...
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Energieautarke Produktion & Intra-company Smart Grids
Chancen & Herausforderunge...
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Die Ultraeffizienzfabrik
Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz
Material
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Die Materialwende in der Produktion
Kreislaufwirtschaft statt Downcycling
Nutzun...
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Zero-Waste-Maschinensysteme
High Performance führt zu disruptiven Innovationen
...
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Die Ultraeffizienzfabrik
Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz
Neue Recyclin...
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Abfall ist die beste Quelle für Rohstoffe
Beispiel: Recycling von Elektroschrott...
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Die Ultraeffizienzfabrik
Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz
Personal
©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart
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Personalwende – Deutschland
Bereits heute fehlen der Industrie in BW 8.000 Ingen...
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Personalwende – Weltweit
Zu wenig hoch Qualifizierte und zu wenige Arbeitsplätze...
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25
Die Ultraeffizienzfabrik
Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz
dispositive F...
©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart
26
Die Prinzipien der Netzwerkökonomie verändern alles
Web-Tec trifft auf Produktio...
©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart
27
Die Wende der dispositiven Faktoren
Die Smarte Fabrik organisiert sich dezentral...
©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart
28
Ultraeffizienz verbindet „das Richtige mit dem
Richtigen“
Die Wende aller Produk...
©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Prof. Dr. Thomas Bauernhansl
thomas.bauernhans...
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Ggg2 nachhaltige produktion

  1. 1. Global. Gerecht. Gemeinsam. Block II: Ökonomie Ressourceneffizienz - Nachhaltige Produktion - Elektromobilität
  2. 2. • Entscheidungsträger aus Wirtschaft und Wissenschaft mit ökonomischer Ausrichtung • Experten im Gebiet Nachhaltigkeit • Hoher Praxisbezug / weitreichende Entscheidungen 211 Die Referenten
  3. 3. 212 Der Vortrag vergangene Woche – VDMA • Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit: das Beispiel Blue Competence • Als Mitgliedsunternehmen: Schumacher Precision Tools
  4. 4. 213 Heute: Universität Stuttgart – Prof. Dr. Bauernhansl • Nachhaltige Produktion: Status und Herausforderungen
  5. 5. 213 Nächsten Montag: DAIMLER AG – Prof. Dr. Kohler • Nachhaltigkeit und Elektromobilität
  6. 6. • Der Vortrag VDMA • Beispiel aus letzter Woche: automatisierte CNC-Produktion bei Fertigung individualisierter Großserien • Flexibel und effizient mit Bezug auf Ressourcen • Intelligente Konstruktionsverfahren auf CAD-Basis 214 Nachhaltigkeit in der Produktion
  7. 7. 214 Konstruktion durch Parametrisierung 301 Härte HRC 63,50 403 Rundsch.GWT Meßeb 20,110 502 DM Flanke Meßeben 18,429 503 DM Kern Meßebene 17,294 507 Hinterschl.Flanke 0,031 516 Flankenwinkel 60,00 601 Nutenlänge 60,00 603 Nutenkern-D schl. 9,00 604 Stegbreite schl. 6,10 605 Schnittw.Brust 13 701 LG Anschnitt 6,25 703 DM Anschnittanf. 17,500 704 Hinterschl.Anschn 0,130 710 LG Abkantung 0,80 712 Hinterschl.Abkant 0,130
  8. 8. 214 Redundanzfreie Datenübertragung
  9. 9. 214 Anstieg der Anforderung an Fachkräfte
  10. 10. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart Webinar „Nachhaltigkeit in der Wirtschaft“ 22. Juli 2013 Nachhaltige Produktion Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl Institutsleiter  Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF, Universität Stuttgart  Institut für Energieeffizienz in der Produktion EEP, Universität Stuttgart  Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA Stuttgart
  11. 11. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 2 Wir haben kein nachfrageseitiges Wachstumsproblem aber 2025 wird die Hälfte des globalen Konsums in Entwicklungsländern stattfinden.  Wir werden älter! (Durchschnittsalter steigt um ca. 10 Jahre bis 2050)  Wir werden urban! (60% -70% aller Menschen leben 2050 in Städten) Weltbevölkerung1 Milliarden Menschen  Konsum-Klasse  unterhalb der Konsum-Klasse Weltverbrauch Billiarden USD  Entwicklungsmärkte  Entwickelte Märkte Bevöl- kerung in Konsum- Klasse2 % Quelle: Wolfeshorn Center for Development, Brookings Institution); Groningen Growth and Development Centre; McKinsey Global Inst.
  12. 12. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 3 Wir haben ein angebotsseitiges Wachstumsproblem Ressourcenvernutzung begrenzt Wachstum und Nachhaltigkeit  Wir bedrohen die Umwelt (Klimawandel, Artenvielfalt,…).  Wir verbrauchen pro Jahr die Menge an fossilen Energieträgern, die die Erde in einer Million Jahre gebildet hat.  2025 leben voraussichtlich zwei Drittel der Menschen in Regionen, die von Wassermangel betroffen sind.1  Bis 2050 wird sich unser Energiebedarf verdoppeln.² 1 Quelle: Die Welt in Zahlen 2010; 2 Quelle: BP Statistical Review of World Energy 2011;
  13. 13. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 4 Nachhaltigkeit Geschichte des Begriffs und Begründer des Ansatzes  1713, mitten in einer Ressourcenkrise, erscheint „Sylvicultura oeconomica“ oder „Anweisung zur wilden Baumzucht“ von Hans Carl von Carlowitz, Vice Berg- Hauptmann in Sachsen (450 Seiten zum Umgang mit der Ressource Holz)  Beschreibungen der nützlichen Baumarten  Vorschläge zur langfristigen Überwindung des Holzmangels  Man soll „mit dem Holtz pfleglich umgehen“ (keinen Raubbau betreiben); Tatsächlich: pfleglich als Vorläufer von nachhaltig  Konzept der nachhaltigen Entwicklung wird im Buch deutlich:  die Natur respektieren, mit den Ressourcen haushalten, das Gemeinwesen stärken  Verantwortung für nachfolgende Generationen übernehmen „ … wie eine sothane (eine solche) Conservation und Anbau des Holtzes anzustellen, dass es eine continuierliche beständige und nachhaltende Nutzung gebe / weil es eine unentbehrliche Sache ist / ohne welche das Land in seinem Esse nicht bleiben mag. “
  14. 14. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 5 Definition und Säulen der Nachhaltigkeit Definition der Nachhaltigen Entwicklung nach der Brundtland-Kommission: „Sustainable development meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs.“ "Dauerhafte (nachhaltige) Entwicklung ist Entwicklung, die die Bedürfnisse der Gegenwart befriedigt, ohne zu riskieren, dass künftige Generationen ihre eigenen Bedürfnisse nicht befriedigen können." Quelle: Brundtland-Report, 1987 Ökonomie Gesellschaft Ökologie und Umwelt ÖKO- EFFIZIEN- TER BEREICH NACH- HALTIGER BEREICH
  15. 15. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 6 Akteure und Treiber einer nachhaltigen Entwicklung pro-aktiver Einsatz der Politik zur Förderung einer nachhaltigen Entwicklung Seit Anfang der 70 Jahre engagiert sich Europa für eine nachhaltige Gesetzgebung in folgenden Politikfeldern:  Bekämpfung des Klimawandels  Kyoto-Protokoll, Verringerung von Treibhausgasen, Emissionshandel  Abfallentsorgung  Abfallvermeidung und Recycling, Spezifische, Gefährliche / Radioaktive Abfälle  Gewässerschutz und Wasserpolitik  Gebrauch von Wasser, Meeresverschmutzung, Innere Gewässer, Ableitung von Stoffen  Schutz der Natur und der biologischen Vielfalt  Biologische Vielfalt, Fauna und Flora, Wälder, Genetisch veränderte Organismen  Schutz des Bodens  Bodenschutz in spezifischen Gebieten, Ableitung von Stoffen, Risikobereiche
  16. 16. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 7 Akteure und Treiber einer nachhaltigen Entwicklung NGOs als Treiber einer nachhaltigen Entwicklung  Umweltauswirkungen von Produkten und Verhalten / Strategien von Unternehmen immer mehr im Fokus, „negative“ Beurteilung führt zu Imageschäden Bsp. VW: The Dark Side  Stiftung Warentest  Ökotest  Guide to Greener Electronics von Greenpeace - Ranking von Hersteller von Mobiltelefonen, Fernsehgeräten und PCs hinsichtlich der Faktoren  Erzeugte Treibhausgasemissionen der Unternehmen  Energieeffizienz der Produkte  Belastung der Produkte mit Chemikalien  Produktrecycling
  17. 17. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 8 Nachhaltigkeit in den Phasen des Produktlebenszyklus  Nachhaltiges Produktdesign  In der Designphase eines Produkte werden bereits bis zu 70 % der später anfallenden ökologischen Auswirkungen festgelegt  Große Potenziale durch innovative Produktkonzeption  Rohmaterialbeschaffung  Vermeidung von sozialen und ökologischen Problemen in der Phase der Ressourcengewinnung  Produktion  Ressourceneffizienz in der Produktion = höhere Wertschöpfung bei geringeren Ressourceneinsatz  Transport  innovative Logistik-, Lager- und Handelskonzepte  Gebrauchsphase und Recycling  ökologische Bedeutung der Gebrauchsphase ist enorm  80% der CO2-Emissionen eines Mittelklassewagens entfallen auf die Gebrauchsphase
  18. 18. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 9 Wir brauchen einen Paradigmenwechsel in der Produktion Wie sieht der Weg zur Green Economy aus? Nachhaltigkeit durch Wachstum  Technikkonzept: Neue Technologien führen zu einer massiven Reduzierung des Ressourcenverbrauchs Nachhaltigkeit durch gebremstes Wachstum  Konzept der Steady State Economy: Null- oder Minus-Wachstum verbunden mit der Notwendigkeit eines einfacheren Lebensstils  Konzept des selektiven Wachstums Einschränkung des Verbrauchs spezifischer Ressourcen  Konzept der Mäßigung des Wachstums Mäßigung der BIP-Wachstumsraten, um Ressourcen zu reduzieren Lässt sich nachhaltiges Wachstum vom Ressourcenverbrauch entkoppeln? Bildquelle: www.openmint.net Rogall, H. (Hrsg): Jahrbuch Nachhaltige Ökonomie
  19. 19. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 10 Optimierung finanziert Erneuerung Effizienz und Effektivität statt Verzicht je mehr, umso besser EFFEKTIVITÄT je weniger, umso besser EFFIZIENZ Effizienzstrategie:  Materialnutzgrad steigern  Bestehende Prozesse optimieren  Energieeinsatz reduzieren Effektivitätsstrategie:  Zero-Waste-Prozesse  Schließen von Stoffkreisläufen  Verwendung von Sekundärrohstoffen  Einsatz erneuerbarer Energien
  20. 20. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 11 Paradigmenwechsel durch Wandel aller Produktionsfaktoren Nachhaltigkeit als Treiber und IKT als Enabler Energiewende Material- wende Kapitalwende dispositive Faktoren Informations- und Kommunikationstechnologie als Enabler Personal- wende Bildquellen: hbw-cs.de; freemalaysiatoday.com; t2.ftcdn.net; livingwater-online.de; verkehrsrundschau.de; wieland-edelmetalle.de, SEW Eurodrive
  21. 21. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 12 Die Ultraeffizienzfabrik Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz Material Material- recycling Fabrik dispositive Faktoren / IT Neue Recyclingverfahren Produkt Nutzung Energie- recycling Energie Personal Kapital Emissio- nen Verschwen- dungAbfall W e r t s c h ö p f u n g
  22. 22. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 13 Die Ultraeffizienzfabrik Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz Energie
  23. 23. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 14 Die Energiewende in Deutschland Kann Ressourcenverbrauch und Wachstum entkoppelt werden? Bildquelle: BMWi (2011) Strategische Linien:  Ausbau der Nutzung von regenerativen Energiequellen  Dezentralisierung der Energieerzeugung (Smart Grids)  Massive Verbesserung der Energieeffizienz D 2011
  24. 24. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 15 Die Energiewende in der Fabrik Systemische Konzepte sind die Lösung Energiegewinnung:  Regenerative Energiequellen (z.B. Sonnenenergie, Wind- energie, …) Energieverteilung:  Smart Grids (z.B. Lokale Micro Grids)  Speichertechnologien (z.B. Redox Flow) Energierückgewinnung:  Verstromung von Abwärme (z.B. ORC)  Rekuperation (z.B. Supercaps)  Energy Harvesting (z.B. Thermoelektrik) Bildquellen: elektro-ruehl.com; bgr.bund.de; muelacker.de; fit-for-energy.com
  25. 25. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 16 Energieautarke Produktion & Intra-company Smart Grids Chancen & Herausforderungen Chancen  Unabhängigkeit vom Markt, bessere Planung der Energiekosten  massive Kosteneinsparungspotentiale vorstellbar  Beschleunigung der Energiewende Energieerzeugung / -rückgewinnung Verbrauch Intra-company Smart Grid Smart Grid connected Prosumer Production Information Energie Energie Regionales Smart Grid Information Speicher Effizienz- maßnahmen Produktion Herausforderungen  Umbau der Energieinfrastruktur  meist massive Umwälzungen  Rentabilität individuell verschieden (standort- und produktionsabhängig)  Starker Einsatz von IKT notwendig
  26. 26. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 17 Die Ultraeffizienzfabrik Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz Material
  27. 27. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 18 Die Materialwende in der Produktion Kreislaufwirtschaft statt Downcycling Nutzung von Ersatzstoffen  unerschöpflich  nachwachsend Wertschöpfung in Kreisläufen  technologisch  ökologisch Ganzheitliche Gestaltung im Produktlebenszyklu  Planung von Nutzungskaskaden  Verlängerung von Nutzungsphasen Zero-Waste-Produktionstechnologien  100% des Materials im Produkt  Kurze, hybride Prozessketten 1 Bildquelle: www.rittweger-team.de/
  28. 28. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 19 Zero-Waste-Maschinensysteme High Performance führt zu disruptiven Innovationen  Klassische Fertigungsverfahren sind häufig verlustreich  Verluste durch verfahrensbedingtem Material- abfall und schlechten Energiebilanzen Innovationsansätze für mehr Effektivität  Materialrecycling im Produktionsprozess  Rückgewinnung von Energie bspw. Energy Harvesting  Innovative Recyclingverfahren  Vernetzung von Betriebsmitteln (z.B. cyber-physische Systeme)  Verfahrenskombinationen und –integrationen (z.B. Hybride Prozesse)  Realisierung kurzer, verlustfreier Prozessketten (z.B. Net-Shape-Prozesse) Bildquelle: www.morguefile.com; Infineon, Juni, 2012: Innovative semiconductor solutions for energy efficiency, mobility and security.
  29. 29. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 20 Die Ultraeffizienzfabrik Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz Neue Recyclingverfahren
  30. 30. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 21 Abfall ist die beste Quelle für Rohstoffe Beispiel: Recycling von Elektroschrott  Elektroschrott-Menge weltweit:  2008: 40 Mio. t  2016: 93,5 Mio. t erwartet (jährliches Wachstum um 17,6%)  Verwertung heute in Europa: 40%  60% des Elektroschrotts geht in die illegale Verwertung in Drittländern oder auf die Deponie  Die Förderung und vor allem Verarbeitung der Erze führt zu starker Zerstörung von Umwelt und Lebensbedingungen  Zukünftige Anforderungen in Europa: Verwert-ung von 65% der in Verkehr gebrachten Menge oder 85% der Menge an Elektroaltgeräten (EAG)
  31. 31. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 22 Die Ultraeffizienzfabrik Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz Personal
  32. 32. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 23 Personalwende – Deutschland Bereits heute fehlen der Industrie in BW 8.000 Ingenieure Fachkräfteengpässe bei Ingenieurfachkräften nach Bundesländern
  33. 33. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 24 Personalwende – Weltweit Zu wenig hoch Qualifizierte und zu wenige Arbeitsplätze für gering Qualifizierte Angebot und Nachfrage von Arbeitskräften nach Bildungsstand, 2020 geschätzt Mio. Arbeitnehmer Mangel Überschuss hochqualifizierte Arbeiter mittelqualifizierte Arbeiter geringqualifizierte Arbeiter1 Mangel gesamt Fortgeschr. Volkswirt- schaften2 Mangel gesamt Überschus s gesamt Fortgeschr. Volkswirt- schaften % Angebot qualifiziertes Kontingent % Nachfrage qualifiziertes Kontingent Indien Non-Indien, Südasien, Afrika³ Indien, andere Süd- asien, Afrika 1 geringe Qualifizierung = keine post-sekundäre Ausbildung fortgeschrittene Länder; Grundschulausbildung Entwicklungsländer. 2 25 Länder mit BIP p.c. > $20,000 bei KKP aus 2005 Levels 2010. 3 11 Länder aus Südasien und Sub-Sahara Afrika, mit BIP p.K. < $3.000 bei KKP aus 2005 Levels 2010.
  34. 34. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 25 Die Ultraeffizienzfabrik Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz dispositive Faktoren / IT
  35. 35. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 26 Die Prinzipien der Netzwerkökonomie verändern alles Web-Tec trifft auf Produktions-IT Computer Integrated Manufacturing Web-Orientierung 1990 2000 2012 Zeit Produktions - IT “Cloud”-Orientierung Web 2.0 “Internet of Things” Embedded Systems  “App”-Orientierung IT World Wide Web Service-Orientierung Digitale Fabrik Digital Product Lifecycle Management Digitaler Fabrikbetrieb INDUSTRIE4.0 Cyber-physische Systeme
  36. 36. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 27 Die Wende der dispositiven Faktoren Die Smarte Fabrik organisiert sich dezentral und selbst in Echtzeit Cyber-physische Systeme (z.B. Maschinen, Anlagen)  haben eine Identität  kommunizieren untereinander und mit der Umgebung  konfigurieren sich selbst (Plug and Produce)  speichern Informationen dezentrale Selbstorganisation
  37. 37. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart 28 Ultraeffizienz verbindet „das Richtige mit dem Richtigen“ Die Wende aller Produktionsfaktoren als Chance für den Standort Deutschland  Der Paradigmenwechsel der Produktionsfaktoren erfasst alle Märkte und Branchen  Die bisherigen Ansätze reichen zur Entkopplung des Wachstums vom Ressourcenverbrauch nicht aus  Effizienztechnologien müssen Effektivitätstechnologien finanzieren, wobei IKT als Enabler wirkt  Das Konzept der Ultraeffizienzfabrik kann als Ordnungsrahmen zur Umsetzung dienen  Der Maschinenbau muss die aktuellen Kerntechnologien neu bewerten und Technologiesprünge rechtzeitig einleiten  Neu entstehende Systeme können nur interdisziplinär entwickelt werden und führen zu neuen Markt- und Wettbewerbssituationen
  38. 38. ©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr. Thomas Bauernhansl thomas.bauernhansl@ipa.fhg.de www.ipa.fraunhofer.de www.iff.uni-stuttgart.de www.eep.uni-stuttgart.de

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